Od pojava tehnologije 3D tiskanja se le-ta postopoma uporablja za izdelavo dejanskih izdelkov. Med njimi je še posebej hiter razvoj tehnologije 3D tiskanja kovinskih materialov. Na področju nacionalne obrambe razvite države v Evropi in ZDA dajejo velik pomen razvoju kovinskega 3D tiska in v raziskave vlagajo ogromne vsote denarja. 3D-tiskanje kovinskih delov je bilo vedno v središču raziskav in uporabe. Ne samo, da lahko tiska modele in kolesa, lahko tudi tiska nova orožja brez primere in lahko celo tiska veliko opremo, kot so avtomobili in letala. Kot nova vrsta inteligentne proizvodne tehnologije je 3D-tiskanje kovin pokazalo zelo široko možnost uporabe in je pokazalo močan razvojni zagon na več področjih, kot so načrtovanje in proizvodnja opreme, podpora opremi in vesoljska industrija.
Lastnosti kovinskega 3D tiskanja
1) Visoka natančnost. Trenutno je natančnost kovinske opreme za 3D-tiskanje mogoče nadzorovati pod 0,05 mm.
2) Cikel je kratek. Kovinski 3D tisk ne zahteva izdelave kalupov, kar močno skrajša čas izdelave modela. Na splošno je model mogoče natisniti v nekaj urah ali celo desetinah minut.
3) Lahko se personalizira. Kovinski 3D-tiskanje nima omejitev glede števila natisnjenih modelov, ne glede na to, da je enega ali več mogoče izdelati za enako ceno.
4) Raznolikost materialov. Kovinski sistem 3D tiskanja lahko pogosto realizira tiskanje različnih materialov, raznolikost tega materiala pa lahko zadovolji potrebe različnih področij.
5) Stroški so relativno nizki. Čeprav so kovinski 3D tiskarski sistemi in kovinski materiali za 3D tiskanje zdaj razmeroma dragi, so proizvodni stroški razmeroma nizki, če se uporabljajo za izdelavo personaliziranih izdelkov.
Tehnologija 3D tiskanja kovin
Kot najnaprednejša in najbolj potencialna tehnologija v celotnem sistemu 3D-tiskanja je tehnologija 3D-tiskanja kovinskih delov pomembna razvojna smer napredne proizvodne tehnologije. Z razvojem znanosti in tehnologije ter potrebami po popularizaciji in uporabi je neposredna izdelava kovinskih funkcionalnih delov s hitro izdelavo prototipov postala glavna razvojna smer hitre izdelave prototipov. Trenutno metode hitre izdelave prototipov, ki jih je mogoče uporabiti za neposredno izdelavo kovinskih funkcionalnih delov, v glavnem vključujejo: selektivno lasersko taljenje (SLM), selektivno taljenje z elektronskim žarkom (EBSM), lasersko oblikovano neto oblikovanje (LENS) )wait.
Selektivno lasersko taljenje (SLM)
SLM je pomemben del področja kovinskega 3D tiskanja. Njegov razvojni proces je šel skozi stopnje, kot so sintranje nekovinskega prahu z nizkim tališčem, sintranje prahu z visokim tališčem, prevlečenim z nizkim tališčem, in neposredno taljenje prahu z visokim tališčem. Univerza v Teksasu v Austinu je prvič zaprosila za patent leta 1986 in leta 1988 uspešno razvila prvo opremo SLM. Uporablja fino fokusirano točko, da se hitro stopi v prednastavljen praškasti material 30-51 μm in lahko skoraj neposredno dobi kakršno koli obliko. Kot tudi funkcionalni deli s popolnim metalurškim lepljenjem. Gostota lahko doseže skoraj 100 odstotkov, dimenzijska natančnost lahko doseže 20-50 μm, površinska hrapavost pa lahko doseže 20-30 μm. Je tehnologija hitre izdelave prototipov z velikimi možnostmi razvoja.
Materiali za oblikovanje SLM so večinoma enokomponentni kovinski prah, vključno z avstenitnim nerjavnim jeklom, zlitinami na osnovi niklja, zlitinami na osnovi titana, zlitinami kobalta in kroma ter plemenitimi kovinami. Laserski žarek hitro stopi kovinski prah in pridobi neprekinjen talilni kanal, ki lahko neposredno pridobi skoraj goste kovinske dele s skoraj vsako obliko, popolno metalurško vezavo in visoko natančnostjo. Gre za tehnologijo 3D tiskanja kovinskih delov z velikimi razvojnimi obeti. Njegov obseg uporabe je bil razširjen na vesoljsko industrijo, mikroelektroniko, zdravljenje, nakit in druge industrije.
V procesu SLM je več kot 50 vplivnih dejavnikov in obstaja šest kategorij, ki pomembno vplivajo na učinek oblikovanja: lastnosti materiala, sistemi laserskih in optičnih poti, lastnosti skeniranja, atmosfera oblikovanja, geometrijske značilnosti oblikovanja in dejavniki opreme. Trenutno raziskovalci doma in v tujini večinoma izvajajo procesne raziskave in aplikativne raziskave zgoraj navedenih dejavnikov, z namenom reševanja napak v procesu oblikovanja in izboljšanja kakovosti oblikovanih delov. Kar zadeva raziskave procesa, pomembni procesni parametri v procesu oblikovanja SLM vključujejo moč laserja, hitrost skeniranja, debelino plasti prahu, razdaljo skeniranja in strategijo skeniranja itd. S kombiniranjem različnih procesnih parametrov je mogoče optimizirati kakovost oblikovanja.
Glavni napaki v procesu oblikovanja SLM sta sferoidizacija in deformacija zvijanja. Sferoidizacija je nezadostno taljenje zgornje in spodnje plasti med procesom oblikovanja. Zaradi učinka površinske napetosti se staljene kapljice hitro zvijejo v sferično obliko, kar povzroči sferoidizacijo. Da bi se izognili sferoidizaciji, je treba vhodno energijo ustrezno povečati. Deformacijo zvijanja povzroči toplotna napetost v procesu oblikovanja SLM, ki presega trdnost materiala, kar povzroči plastično deformacijo. Zaradi težav pri merjenju preostale napetosti se trenutne raziskave deformacije zvijanja pri procesu SLM večinoma izvajajo z uporabo metode končnih elementov, nato pa se zanesljivost rezultatov simulacije preveri z eksperimenti. Osnovno načelo tehnologije SLM je: najprej uporabite programsko opremo Pro/e, UG, CATIA in drugo programsko opremo za 3D modeliranje, da oblikujete 3D trdni model dela v računalniku, nato pa 3D model razrežite in razslojite s programsko opremo za rezanje, da dobite konturni podatki vsakega odseka, se pot skeniranja polnjenja ustvari iz konturnih podatkov, oprema pa bo nadzorovala laserski žarek za selektivno taljenje materialov kovinskega prahu vsake plasti v skladu s temi črtami skeniranja polnjenja in jih postopoma zložila v tridimenzionalne kovinski deli.